L'estudi troba clau per millorar la durada de la bateria: interaccions entre partícules

Segons informes de mitjans estrangers, Feng Lin, professor associat al Departament de Química del Virginia Tech College of Science, i el seu equip d'investigació van trobar que la decadència primerenca de la bateria sembla ser impulsada per les propietats de les partícules d'elèctrodes individuals, però després de desenes de càrregues. Després del bucle, és més important com encaixen aquestes partícules.

"Aquest estudi revela els secrets de com dissenyar i fabricar elèctrodes de la bateria per a una llarga vida útil de la bateria", va dir Lin. Actualment, el laboratori de Lin està treballant en el redisseny dels elèctrodes de la bateria per crear una arquitectura d'elèctrodes de càrrega ràpida, de menor cost, de vida més llarga i respectuosa amb el medi ambient.

0
Comenta
recollir
com
tecnologia
L'estudi troba clau per millorar la durada de la bateria: interaccions entre partícules
GasgooLiu Liting5小时前
Segons informes de mitjans estrangers, Feng Lin, professor associat al Departament de Química del Virginia Tech College of Science, i el seu equip d'investigació van trobar que la decadència primerenca de la bateria sembla ser impulsada per les propietats de les partícules d'elèctrodes individuals, però després de desenes de càrregues. Després del bucle, és més important com encaixen aquestes partícules.

"Aquest estudi revela els secrets de com dissenyar i fabricar elèctrodes de la bateria per a una llarga vida útil de la bateria", va dir Lin. Actualment, el laboratori de Lin està treballant en el redisseny dels elèctrodes de la bateria per crear una arquitectura d'elèctrodes de càrrega ràpida, de menor cost, de vida més llarga i respectuosa amb el medi ambient.

Font de la imatge: Feng Lin

"Quan l'arquitectura d'elèctrodes permeti que cada partícula individual respongui ràpidament als senyals elèctrics, tindrem una gran caixa d'eines per carregar ràpidament les bateries", va dir Lin. "Estem encantats de permetre la nostra comprensió de la propera generació de bateries de càrrega ràpida de baix cost. ”

La investigació es va dur a terme en col·laboració amb el Laboratori Nacional Accelerador SLAC del Departament d'Energia dels Estats Units, la Universitat de Purdue i la Instal·lació Europea de Radiació de Sincrotró. Zhengrui Xu i Dong Ho, becaris postdoctorals al laboratori de Lin, també són coautors del document, liderant la fabricació d'elèctrodes, la fabricació de bateries i les mesures de rendiment de la bateria, i ajuden amb experiments de raigs X i anàlisi de dades.

"Els blocs bàsics són aquestes partícules que formen els elèctrodes de la bateria, però quan s'amplien, aquestes partícules interaccionen entre elles", va dir el científic de SLAC Yijin Liu, membre de la Font de llum de radiació de sincrotró de Stanford (SSRL). "Si voleu fer millors bateries, heu de saber ajuntar les partícules".

Com a part de l'estudi, Lin, Liu i altres col·legues van utilitzar tècniques de visió per ordinador per estudiar com les partícules individuals que componen els elèctrodes de les bateries recarregables es descomponen amb el temps. L'objectiu aquesta vegada és estudiar no només partícules individuals, sinó també les maneres en què treballen juntes per allargar o reduir la durada de la bateria. L'objectiu final és aprendre noves maneres d'allargar la vida útil dels dissenys de bateries.

Com a part de l'estudi, l'equip va estudiar el càtode de la bateria amb raigs X. Van utilitzar tomografia de raigs X per reconstruir una imatge en 3D del càtode de la bateria després de diferents cicles de càrrega. Després van tallar aquestes imatges en 3D en una sèrie de rodanxes 2D i van utilitzar mètodes de visió per ordinador per identificar les partícules. A més de Lin i Liu, l'estudi va incloure l'investigador postdoctoral de SSRL Jizhou Li, el professor d'enginyeria mecànica de la Universitat de Purdue Keije Zhao i l'estudiant de postgrau de la Universitat de Purdue Nikhil Sharma.

Finalment, els investigadors van identificar més de 2.000 partícules individuals, calculant no només les característiques individuals de les partícules, com ara la mida, la forma i la rugositat de la superfície, sinó també característiques com la freqüència amb què les partícules estaven en contacte directe entre elles i quant van canviar de forma les partícules.

A continuació, van analitzar com cada propietat va fer que les partícules es descompondrien i van trobar que després de 10 cicles de càrrega, els factors més importants eren les propietats de les partícules individuals, inclosa la forma d'esfèrica de les partícules i la relació entre el volum de les partícules i la superfície. Després de 50 cicles, però, les propietats d'aparellament i de grup van impulsar la descomposició de les partícules, com ara a quina distància estaven les dues partícules, quant va canviar la forma i si les partícules amb forma de pilota de futbol més allargades tenien orientacions similars.

"El motiu ja no és només la partícula en si, sinó la interacció partícula-partícula", va dir Liu. Aquesta troballa és important perquè significa que els fabricants poden desenvolupar tècniques per controlar aquestes propietats. Per exemple, podrien ser capaços d'utilitzar camps magnètics o elèctrics Alineant les partícules allargades entre si, les últimes troballes suggereixen que això allargarà la vida de la bateria".

Lin va afegir: "Hem estat investigant intensament com fer que les bateries dels vehicles elèctrics funcionin de manera eficient en condicions de càrrega ràpida i baixa temperatura. A més de dissenyar nous materials que poden reduir els costos de la bateria mitjançant l'ús de matèries primeres més barates i abundants, el nostre laboratori també s'ha fet un esforç constant per entendre el comportament de la bateria lluny de l'equilibri. Hem començat a estudiar els materials de les bateries i la seva resposta a entorns durs".